JPH11144740A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- JPH11144740A JPH11144740A JP9305425A JP30542597A JPH11144740A JP H11144740 A JPH11144740 A JP H11144740A JP 9305425 A JP9305425 A JP 9305425A JP 30542597 A JP30542597 A JP 30542597A JP H11144740 A JPH11144740 A JP H11144740A
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- H01M4/88—Processes of manufacture
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
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- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス拡散を阻害することなく、高分子電解質
膜とガス拡散電極の接合体（ＭＥＡ）内部の保水性を向
上させ正極で生成する水で高分子電解質を含水させるこ
とにより、無加湿のガスによる作動が可能なＰＥＦＣを
提供することを課題とする。 【解決手段】 導電性多孔質材料にフッ素樹脂を１６〜
５５重量％添加したガス拡散層を正極および負極のうち
少なくとも一方に適用することにより、ガス拡散を阻害
することなくＭＥＡ内部の保水性を向上させ、正極で生
成する水で高分子電解質を含水させることが可能とな
り、無加湿のガスにより作動するＰＥＦＣを実現する。
膜とガス拡散電極の接合体（ＭＥＡ）内部の保水性を向
上させ正極で生成する水で高分子電解質を含水させるこ
とにより、無加湿のガスによる作動が可能なＰＥＦＣを
提供することを課題とする。 【解決手段】 導電性多孔質材料にフッ素樹脂を１６〜
５５重量％添加したガス拡散層を正極および負極のうち
少なくとも一方に適用することにより、ガス拡散を阻害
することなくＭＥＡ内部の保水性を向上させ、正極で生
成する水で高分子電解質を含水させることが可能とな
り、無加湿のガスにより作動するＰＥＦＣを実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料として純水
素、あるいはメタノールまたは化石燃料からの改質水素
などの還元剤を用い、空気や酸素の酸化剤を反応ガスと
する固体高分子型燃料電池（以下ＰＥＦＣとする）に関
するものであり、特に無加湿の反応ガスにより作動する
ＰＥＦＣに関するものである。
素、あるいはメタノールまたは化石燃料からの改質水素
などの還元剤を用い、空気や酸素の酸化剤を反応ガスと
する固体高分子型燃料電池（以下ＰＥＦＣとする）に関
するものであり、特に無加湿の反応ガスにより作動する
ＰＥＦＣに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＰＥＦＣは電解質である高分子電解質膜
とガス拡散電極との接合体（以下ＭＥＡとする）からな
り、図１に示すように正極４、負極５でそれぞれ（化
１），（化２）の反応が起こっている。
とガス拡散電極との接合体（以下ＭＥＡとする）からな
り、図１に示すように正極４、負極５でそれぞれ（化
１），（化２）の反応が起こっている。
【０００３】
【化１】
【０００４】
【化２】
【０００５】上記反応が起こる際、負極で発生したプロ
トンが高分子電解質膜１を介して正極へ移動する。高分
子電解質は十分に含水した状態でなければ高いイオン伝
導性を示さないので、乾燥を防ぐために一般的には加湿
器などを用いて常に反応ガスを加湿する必要がある。ま
た、高電流密度を得るために電極のガス拡散層２は高い
ガス透過性が必要とされる。そのため、ガスの拡散経路
が閉塞されないように過剰な水分をＭＥＡ外部に排出し
なければならない。たとえば、特開平６−２９５７２８
号公報ではフッ素樹脂により撥水処理を行ったポリアク
リロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙をガ
ス拡散層に用いている。また、特開平７−１３４９９３
号公報では燃料極の拡散層は触媒層３側ほど疎水性が低
くなるように疎水性に傾斜を設け、正極の拡散層は触媒
層側ほど疎水性が高くなるように疎水性に傾斜を設けて
いる。この構造により燃料極側の高分子電解質の含水率
の低下を防ぎ、正極側の生成水により触媒層が濡れガス
の拡散経路を塞ぐ状態であるフラッディングを防いでい
る。
トンが高分子電解質膜１を介して正極へ移動する。高分
子電解質は十分に含水した状態でなければ高いイオン伝
導性を示さないので、乾燥を防ぐために一般的には加湿
器などを用いて常に反応ガスを加湿する必要がある。ま
た、高電流密度を得るために電極のガス拡散層２は高い
ガス透過性が必要とされる。そのため、ガスの拡散経路
が閉塞されないように過剰な水分をＭＥＡ外部に排出し
なければならない。たとえば、特開平６−２９５７２８
号公報ではフッ素樹脂により撥水処理を行ったポリアク
リロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙をガ
ス拡散層に用いている。また、特開平７−１３４９９３
号公報では燃料極の拡散層は触媒層３側ほど疎水性が低
くなるように疎水性に傾斜を設け、正極の拡散層は触媒
層側ほど疎水性が高くなるように疎水性に傾斜を設けて
いる。この構造により燃料極側の高分子電解質の含水率
の低下を防ぎ、正極側の生成水により触媒層が濡れガス
の拡散経路を塞ぐ状態であるフラッディングを防いでい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加湿されたガスによって作動するＰＥＦＣは、過剰な水
分はＭＥＡ外に排出するように設計されているため、無
加湿のガスを用いて作動させると高分子電解質膜および
触媒層中の高分子電解質が乾燥し、プロトンの移動が起
こりにくくなる。さらに、触媒層中の高分子電解質が収
縮し、白金触媒を被覆している面積すなわち反応面積が
減少し、その結果ＰＥＦＣの内部抵抗が増大するため、
高い特性は得られない。また、無加湿のガスによるＰＥ
ＦＣの作動は加湿ガスによる作動とは異なり正極におけ
る生成水によるフラッディングは起こりにくいので、正
極で生成される水をＭＥＡ外部に排出することなくＭＥ
Ａ内部に保持することが重要である。特開平７−１３４
９９３号公報による構造においても無加湿ガスによって
作動すると正極からの水分の蒸発が大きいため同様に内
部抵抗が増大する。
加湿されたガスによって作動するＰＥＦＣは、過剰な水
分はＭＥＡ外に排出するように設計されているため、無
加湿のガスを用いて作動させると高分子電解質膜および
触媒層中の高分子電解質が乾燥し、プロトンの移動が起
こりにくくなる。さらに、触媒層中の高分子電解質が収
縮し、白金触媒を被覆している面積すなわち反応面積が
減少し、その結果ＰＥＦＣの内部抵抗が増大するため、
高い特性は得られない。また、無加湿のガスによるＰＥ
ＦＣの作動は加湿ガスによる作動とは異なり正極におけ
る生成水によるフラッディングは起こりにくいので、正
極で生成される水をＭＥＡ外部に排出することなくＭＥ
Ａ内部に保持することが重要である。特開平７−１３４
９９３号公報による構造においても無加湿ガスによって
作動すると正極からの水分の蒸発が大きいため同様に内
部抵抗が増大する。
【０００７】本発明はガス拡散を阻害することなく、Ｍ
ＥＡ内部の保水性を向上させることにより、正極で生成
する水を用いて高分子電解質を含水させることを可能と
するものであり、その結果、無加湿のガスによりＰＥＦ
Ｃの作動が可能となる。以上のように、本発明は無加湿
ガスによる作動が可能なＰＥＦＣを提供することを目的
とする。
ＥＡ内部の保水性を向上させることにより、正極で生成
する水を用いて高分子電解質を含水させることを可能と
するものであり、その結果、無加湿のガスによりＰＥＦ
Ｃの作動が可能となる。以上のように、本発明は無加湿
ガスによる作動が可能なＰＥＦＣを提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、無加湿の空気または酸素と無加湿の水素ま
たは水素を含む改質ガスを用いて作動するＰＥＦＣにお
いて、導電性多孔質材料にフッ素樹脂を１６〜５５重量
％添加したガス拡散層を正極および負極のうち少なくと
も一方に用いることにより、ガス拡散を阻害することな
くＭＥＡ内部の保水性を向上させ、正極で生成する水で
高分子電解質を含水させることを可能とするものであ
る。
に本発明は、無加湿の空気または酸素と無加湿の水素ま
たは水素を含む改質ガスを用いて作動するＰＥＦＣにお
いて、導電性多孔質材料にフッ素樹脂を１６〜５５重量
％添加したガス拡散層を正極および負極のうち少なくと
も一方に用いることにより、ガス拡散を阻害することな
くＭＥＡ内部の保水性を向上させ、正極で生成する水で
高分子電解質を含水させることを可能とするものであ
る。
【０００９】本発明によれば、ガス拡散を阻害すること
なく、またＭＥＡ内部の保水性に優れているため、正極
で生成する水で高分子電解質を含水させることができ、
無加湿ガスによる作動が可能なＰＥＦＣを得られる。
なく、またＭＥＡ内部の保水性に優れているため、正極
で生成する水で高分子電解質を含水させることができ、
無加湿ガスによる作動が可能なＰＥＦＣを得られる。
【００１０】ガス拡散層は、気孔率が４５〜７５％であ
る。また、ガス拡散層は、直径が１７〜９０μｍである
細孔の比容積が０．４５〜１．２５ｃｍ2／ｇである。
る。また、ガス拡散層は、直径が１７〜９０μｍである
細孔の比容積が０．４５〜１．２５ｃｍ2／ｇである。
【００１１】フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチ
レンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を用い
る。
レンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を用い
る。
【００１２】導電性多孔質材料としては、ポリアクリル
ロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙を用い
る。
ロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙を用い
る。
【００１３】また、前記ＰＥＦＣにおける正極および負
極のうち少なくとも一方に、有機溶媒に貴金属触媒を担
持した炭素粉末を分散させて分散液を得る工程と、前記
分散液と高分子電解質のアルコール溶液とを混合し高分
子電解質のコロイドを生成させるとともに前記コロイド
を前記炭素粉末に吸着させた混合液を得る工程と、この
混合液を上記ガス拡散層の片面に塗布する工程とにより
作製された電極を用いる。
極のうち少なくとも一方に、有機溶媒に貴金属触媒を担
持した炭素粉末を分散させて分散液を得る工程と、前記
分散液と高分子電解質のアルコール溶液とを混合し高分
子電解質のコロイドを生成させるとともに前記コロイド
を前記炭素粉末に吸着させた混合液を得る工程と、この
混合液を上記ガス拡散層の片面に塗布する工程とにより
作製された電極を用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、高分子電解質膜の両側に正極および負極を配置し、
その正極および負極は触媒層とガス拡散層とからなり、
正極には無加湿の空気または酸素を、負極には無加湿の
水素または水素を含む改質ガスを供給して作動する固体
高分子型燃料電池において、前記正極および負極のうち
少なくとも一方のガス拡散層は導電性多孔質材料にフッ
素樹脂を１６〜５５重量％添加した固体高分子型燃料電
池であり、ガス拡散を阻害することなく、またＭＥＡ内
部の保水性に優れているため、正極で生成する水で高分
子電解質を含水させることができる、無加湿ガスによる
作動が可能なＰＥＦＣを得られる。
は、高分子電解質膜の両側に正極および負極を配置し、
その正極および負極は触媒層とガス拡散層とからなり、
正極には無加湿の空気または酸素を、負極には無加湿の
水素または水素を含む改質ガスを供給して作動する固体
高分子型燃料電池において、前記正極および負極のうち
少なくとも一方のガス拡散層は導電性多孔質材料にフッ
素樹脂を１６〜５５重量％添加した固体高分子型燃料電
池であり、ガス拡散を阻害することなく、またＭＥＡ内
部の保水性に優れているため、正極で生成する水で高分
子電解質を含水させることができる、無加湿ガスによる
作動が可能なＰＥＦＣを得られる。
【００１５】フッ素樹脂添加率が少ないとガス拡散層の
撥水性が低くなるため、正極の触媒層で生成、凝集した
水がガス拡散層を通り抜けＭＥＡ外部に排出されやすく
なる。その結果、ＭＥＡが乾燥し高分子電解質の含水率
が低下することにより、内部抵抗が低下し、電圧が低下
する。
撥水性が低くなるため、正極の触媒層で生成、凝集した
水がガス拡散層を通り抜けＭＥＡ外部に排出されやすく
なる。その結果、ＭＥＡが乾燥し高分子電解質の含水率
が低下することにより、内部抵抗が低下し、電圧が低下
する。
【００１６】一方、フッ素樹脂添加率が多いとガス拡散
層では撥水性が高くなりかつ気孔率が低下するため、ガ
ス拡散層がＭＥＡの蓋のように作用し、液体となった水
はガス拡散層を通過しにくくなる。しかしながら、ガス
透過能も同様に低下するため、反応ガスの拡散律速とな
るり電圧が低下する。
層では撥水性が高くなりかつ気孔率が低下するため、ガ
ス拡散層がＭＥＡの蓋のように作用し、液体となった水
はガス拡散層を通過しにくくなる。しかしながら、ガス
透過能も同様に低下するため、反応ガスの拡散律速とな
るり電圧が低下する。
【００１７】この様に無加湿ガスにより作動する高性能
なＰＥＦＣは、拡散層の撥水性とガス透過能のバランス
が重要であり、ガス拡散を阻害することなくガス拡散層
の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保水性を高めるにはフッ
素樹脂を１６〜５５重量％添加すると効果がある。さら
に好ましくは、フッ素樹脂添加量が４０〜５０重量％で
ある。
なＰＥＦＣは、拡散層の撥水性とガス透過能のバランス
が重要であり、ガス拡散を阻害することなくガス拡散層
の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保水性を高めるにはフッ
素樹脂を１６〜５５重量％添加すると効果がある。さら
に好ましくは、フッ素樹脂添加量が４０〜５０重量％で
ある。
【００１８】ガス拡散層のフッ素樹脂添加率は（数１）
の式で求められるものである。
の式で求められるものである。
【００１９】
【数１】
【００２０】また、撥水処理を施したガス拡散層の気孔
率が４５〜７５体積％のとき、ガス拡散を阻害すること
なくガス拡散層の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保水性を
高める効果があり、高性能なＰＥＦＣを得ることができ
る。さらに好ましくは、気孔率が５０〜７０体積％であ
る。
率が４５〜７５体積％のとき、ガス拡散を阻害すること
なくガス拡散層の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保水性を
高める効果があり、高性能なＰＥＦＣを得ることができ
る。さらに好ましくは、気孔率が５０〜７０体積％であ
る。
【００２１】また、撥水処理を施したガス拡散層は直径
が１７〜９０μｍの細孔の比容積が０．４５〜１．２５
ｃｃ／ｇのとき、ガス拡散を阻害することなくガス拡散
層の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保水性を高める効果が
あり、高性能なＰＥＦＣを得ることができる。さらに好
ましくは、直径が１７〜９０μｍの細孔の比容積が０．
５５〜０．８０ｃｃ／ｇである。
が１７〜９０μｍの細孔の比容積が０．４５〜１．２５
ｃｃ／ｇのとき、ガス拡散を阻害することなくガス拡散
層の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保水性を高める効果が
あり、高性能なＰＥＦＣを得ることができる。さらに好
ましくは、直径が１７〜９０μｍの細孔の比容積が０．
５５〜０．８０ｃｃ／ｇである。
【００２２】さらにフッ素樹脂としては、テトラフルオ
ロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を
用いると、より高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
ロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を
用いると、より高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
【００２３】また導電性多孔質材料としては、ポリアク
リロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙を用
いると、より高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
リロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙を用
いると、より高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
【００２４】また、ＰＥＦＣにおける正極および負極の
うち少なくとも一方に、有機溶媒に貴金属触媒を担持し
た炭素粉末を分散させて分散液を得る工程と、前記分散
液と高分子電解質のアルコール溶液とを混合し高分子電
解質のコロイドを生成させるとともに前記コロイドを前
記炭素粉末に吸着させた混合液を得る工程と、この混合
液を上記ガス拡散層の片面に塗布する工程とによる滴下
法により作製された電極を用いる。
うち少なくとも一方に、有機溶媒に貴金属触媒を担持し
た炭素粉末を分散させて分散液を得る工程と、前記分散
液と高分子電解質のアルコール溶液とを混合し高分子電
解質のコロイドを生成させるとともに前記コロイドを前
記炭素粉末に吸着させた混合液を得る工程と、この混合
液を上記ガス拡散層の片面に塗布する工程とによる滴下
法により作製された電極を用いる。
【００２５】ガス拡散電極の作製方法の違いにより触媒
層における高分子電解質の分散性が異なり、ＰＥＦＣ特
性に影響を与える。本発明のフッ素樹脂添加率による効
果をより向上させるには上記滴下法が良い。滴下法では
高分子電解質が薄く、高分散に白金担持炭素粉末に吸着
するため、触媒層の高分子電解質のネットワークが全体
に網目状に発達している。無加湿ガスによるＰＥＦＣの
作動においては、このような触媒層の状態が触媒層に停
留している生成水を効率良く高分子電解質膜に戻す働き
をし、より高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
層における高分子電解質の分散性が異なり、ＰＥＦＣ特
性に影響を与える。本発明のフッ素樹脂添加率による効
果をより向上させるには上記滴下法が良い。滴下法では
高分子電解質が薄く、高分散に白金担持炭素粉末に吸着
するため、触媒層の高分子電解質のネットワークが全体
に網目状に発達している。無加湿ガスによるＰＥＦＣの
作動においては、このような触媒層の状態が触媒層に停
留している生成水を効率良く高分子電解質膜に戻す働き
をし、より高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
【００２６】以下、本発明の実施の形態に基づいて得ら
れるＰＥＦＣについて説明する。 （実施の形態１）図２（ａ）に示すガス拡散電極作製方
法（以下含浸法とする）に従い、以下の様にＭＥＡを作
製した。
れるＰＥＦＣについて説明する。 （実施の形態１）図２（ａ）に示すガス拡散電極作製方
法（以下含浸法とする）に従い、以下の様にＭＥＡを作
製した。
【００２７】まず、白金触媒を担持させた炭素粉末をＰ
ＴＦＥを添加することにより撥水処理した炭素微粉末と
混合した。この触媒用混合粉末をあらかじめテトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以
下ＦＥＰとする）を１６〜５５重量％溶着してなるポリ
アクリロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙
の片面に散布し、３４０〜３８０℃，５〜２０ｋｇｆ／
ｃｍ2でホットプレスしてガス拡散電極を得た。
ＴＦＥを添加することにより撥水処理した炭素微粉末と
混合した。この触媒用混合粉末をあらかじめテトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以
下ＦＥＰとする）を１６〜５５重量％溶着してなるポリ
アクリロニトリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙
の片面に散布し、３４０〜３８０℃，５〜２０ｋｇｆ／
ｃｍ2でホットプレスしてガス拡散電極を得た。
【００２８】上記ガス拡散電極への高分子電解質の添加
は、イソプロピルアルコール２ｍＬあたりＮａｆｉｏｎ
溶液０．０５〜１．５ｇを混合した溶液をカーボンペー
パー側からポンプによって吸引した状態で塗布し乾燥す
る方法を用いた。
は、イソプロピルアルコール２ｍＬあたりＮａｆｉｏｎ
溶液０．０５〜１．５ｇを混合した溶液をカーボンペー
パー側からポンプによって吸引した状態で塗布し乾燥す
る方法を用いた。
【００２９】上記ガス拡散電極２枚で高分子電解質膜を
挟持しホットプレス機を用いて１２０〜１７０℃，５０
ｋｇｆ／ｃｍ2でホットプレスした。以上の工程により
得られたＭＥＡはガス拡散を阻害することなく、またＭ
ＥＡ内部の保水性に優れているため、正極で生成する水
で高分子電解質を含水させることができる、無加湿ガス
による作動が可能なＰＥＦＣを得られる。
挟持しホットプレス機を用いて１２０〜１７０℃，５０
ｋｇｆ／ｃｍ2でホットプレスした。以上の工程により
得られたＭＥＡはガス拡散を阻害することなく、またＭ
ＥＡ内部の保水性に優れているため、正極で生成する水
で高分子電解質を含水させることができる、無加湿ガス
による作動が可能なＰＥＦＣを得られる。
【００３０】（実施の形態２）図２（ｂ）に示すガス拡
散電極作製方法（以下滴下法とする）に従い、以下の様
にＭＥＡを作製した。
散電極作製方法（以下滴下法とする）に従い、以下の様
にＭＥＡを作製した。
【００３１】まず、白金触媒を担持させた炭素粉末をＰ
ＴＦＥを添加することにより撥水処理した炭素微粉末と
混合した。この触媒用混合粉末をｎ−酢酸ブチルに混合
し、白金触媒の分散液を得る。上記分散液をマグネティ
ックスターラーで撹拌しながら、高分子電解質のアルコ
ール溶液を滴下し、続いて超音波分散器を用いてペース
ト状にした。このペーストをあらかじめＦＥＰを１６〜
５５重量％溶着してなるポリアクリロニトリルを原料と
する炭素繊維からなる炭素紙の片面に塗着した後、乾燥
してガス拡散電極を得た。上記ガス拡散電極２枚で高分
子電解質膜を挟持しホットプレス機を用いて１２０〜１
７０℃，５０ｋｇｆ／ｃｍ2でホットプレスした。
ＴＦＥを添加することにより撥水処理した炭素微粉末と
混合した。この触媒用混合粉末をｎ−酢酸ブチルに混合
し、白金触媒の分散液を得る。上記分散液をマグネティ
ックスターラーで撹拌しながら、高分子電解質のアルコ
ール溶液を滴下し、続いて超音波分散器を用いてペース
ト状にした。このペーストをあらかじめＦＥＰを１６〜
５５重量％溶着してなるポリアクリロニトリルを原料と
する炭素繊維からなる炭素紙の片面に塗着した後、乾燥
してガス拡散電極を得た。上記ガス拡散電極２枚で高分
子電解質膜を挟持しホットプレス機を用いて１２０〜１
７０℃，５０ｋｇｆ／ｃｍ2でホットプレスした。
【００３２】以上の工程により得られたＭＥＡはガス拡
散を阻害することなく、また（実施の形態１）に示した
ＰＥＦＣより高分子電解質が触媒層中に薄く、高分散に
吸着しているため、ＭＥＡ内部の保水性がより優れてい
る。その結果、正極で生成する水で高分子電解質をより
効率良く含水させることができる、無加湿ガスによる作
動が可能なＰＥＦＣを得られる。
散を阻害することなく、また（実施の形態１）に示した
ＰＥＦＣより高分子電解質が触媒層中に薄く、高分散に
吸着しているため、ＭＥＡ内部の保水性がより優れてい
る。その結果、正極で生成する水で高分子電解質をより
効率良く含水させることができる、無加湿ガスによる作
動が可能なＰＥＦＣを得られる。
【００３３】
【実施例】次に本発明の具体例を説明する。
【００３４】（実施例１）フッ素樹脂としてＦＥＰを用
い、ＦＥＰ添加量を８〜６０重量％のガス拡散層を作製
した。
い、ＦＥＰ添加量を８〜６０重量％のガス拡散層を作製
した。
【００３５】作製方法は、ポリアクリロニトリルを原料
とする炭素繊維からなる炭素紙として（株）東レ製のカ
ーボンペーパーを、ダイキン工業（株）の商品名“ＮＤ
−１”をイオン交換水で希釈したＦＥＰ分散液に浸漬
し、焼成することによりＦＥＰをカーボンペーパーに溶
着させた。ＮＤ−１の希釈度を調整することにより表１
に示すＦＥＰ添加量を８〜６０重量％のガス拡散層Ａ〜
Ｆを作製した。
とする炭素繊維からなる炭素紙として（株）東レ製のカ
ーボンペーパーを、ダイキン工業（株）の商品名“ＮＤ
−１”をイオン交換水で希釈したＦＥＰ分散液に浸漬
し、焼成することによりＦＥＰをカーボンペーパーに溶
着させた。ＮＤ−１の希釈度を調整することにより表１
に示すＦＥＰ添加量を８〜６０重量％のガス拡散層Ａ〜
Ｆを作製した。
【００３６】
【表１】
【００３７】作製したガス拡散層Ａ〜Ｆの圧力損失を測
定し、ＦＥＰ添加率とガス拡散層の圧力損失の関係を図
３に示した。その結果、ＦＥＰ添加率が高くなるとガス
拡散層の圧力損失が増加した。
定し、ＦＥＰ添加率とガス拡散層の圧力損失の関係を図
３に示した。その結果、ＦＥＰ添加率が高くなるとガス
拡散層の圧力損失が増加した。
【００３８】次に、ガス拡散層Ａ〜Ｆの気孔率および細
孔分布を水銀圧入法により測定した。
孔分布を水銀圧入法により測定した。
【００３９】図４にＦＥＰ添加量とガス拡散層の気孔率
との関係を示した。その結果、ＦＥＰ添加率が高くなる
と気孔率が低下し、細孔にＦＥＰが充填していることが
わかる。
との関係を示した。その結果、ＦＥＰ添加率が高くなる
と気孔率が低下し、細孔にＦＥＰが充填していることが
わかる。
【００４０】図５にガス拡散層Ａ〜Ｆの各々の細孔分布
を示した。その結果、直径１７〜９０μｍに大きなピー
クが見られ、このピークはＦＥＰ添加率の増加に伴って
細孔比容積が減少した。これにより、カーボンペーパー
において直径が１７〜９０μｍの細孔が主であり、ＦＥ
Ｐはこの径の細孔に分布していることがわかった。
を示した。その結果、直径１７〜９０μｍに大きなピー
クが見られ、このピークはＦＥＰ添加率の増加に伴って
細孔比容積が減少した。これにより、カーボンペーパー
において直径が１７〜９０μｍの細孔が主であり、ＦＥ
Ｐはこの径の細孔に分布していることがわかった。
【００４１】表２にガス拡散層Ａ〜ＦのＦＥＰ添加率に
対する気孔率と、直径が１７〜９０μｍの細孔比容積を
まとめたものを示す。
対する気孔率と、直径が１７〜９０μｍの細孔比容積を
まとめたものを示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】（実施例２）実施例１で作製したガス拡散
層Ａ〜Ｆを用いて図２（ａ）の含浸法に従い、以下のよ
うにしてＰＥＦＣを作製した。
層Ａ〜Ｆを用いて図２（ａ）の含浸法に従い、以下のよ
うにしてＰＥＦＣを作製した。
【００４４】白金触媒を１０〜３０ｗｔ％担持させた炭
素粉末と、ＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加することに
よって撥水処理した炭素微粉末とを８：２〜５：５の範
囲で混合した。この触媒層用混合粉末を、実施例１のＦ
ＥＰ添加量が８〜６０重量％のガス拡散層の片面に散布
し、３４０〜３８０℃，５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2でホッ
トプレスした。この電極への高分子電解質の添加は、イ
ソプロピルアルコール２ｍｌあたり米国アルドリッチケ
ミカル社製の商品名“５％ Ｎａｆｉｏｎ溶液”を０．
０５〜１．５ｇ混合した溶液をカーボンペーパー側から
ポンプによって吸引した状態で塗布し、乾燥する方法を
用いた。上記電極２枚で高分子電解質膜としての米国デ
ュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１２を挟持し、ホットプレ
ス機を用いて１２０〜１７０℃，５０ｋｇｆ／ｃｍ2で
ホットプレスした。白金および高分子電解質の添加量
は、両極とも見かけ電極面積当たりそれぞれ０．５ｍｇ
／ｃｍ2および１．０ｍｇ／ｃｍ2である。このＭＥＡを
用いて構成したＰＥＦＣを電池Ａ〜Ｆとする。
素粉末と、ＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加することに
よって撥水処理した炭素微粉末とを８：２〜５：５の範
囲で混合した。この触媒層用混合粉末を、実施例１のＦ
ＥＰ添加量が８〜６０重量％のガス拡散層の片面に散布
し、３４０〜３８０℃，５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2でホッ
トプレスした。この電極への高分子電解質の添加は、イ
ソプロピルアルコール２ｍｌあたり米国アルドリッチケ
ミカル社製の商品名“５％ Ｎａｆｉｏｎ溶液”を０．
０５〜１．５ｇ混合した溶液をカーボンペーパー側から
ポンプによって吸引した状態で塗布し、乾燥する方法を
用いた。上記電極２枚で高分子電解質膜としての米国デ
ュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１２を挟持し、ホットプレ
ス機を用いて１２０〜１７０℃，５０ｋｇｆ／ｃｍ2で
ホットプレスした。白金および高分子電解質の添加量
は、両極とも見かけ電極面積当たりそれぞれ０．５ｍｇ
／ｃｍ2および１．０ｍｇ／ｃｍ2である。このＭＥＡを
用いて構成したＰＥＦＣを電池Ａ〜Ｆとする。
【００４５】（実施例３）実施例１で作製したガス拡散
層Ａ〜Ｆを用いて図２（ｂ）の含浸法に従い、以下のよ
うにしてＰＥＦＣを作製した。
層Ａ〜Ｆを用いて図２（ｂ）の含浸法に従い、以下のよ
うにしてＰＥＦＣを作製した。
【００４６】白金触媒を１０〜３０ｗｔ％担持させた炭
素粉末と、ＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加することに
よって撥水処理した炭素微粉末とを８：２〜５：５の範
囲で混合した。この触媒層用混合粉末を、ｎ−酢酸ブチ
ルに白金とｎ−酢酸ブチルの重量比が１：１２０となる
ように混合し、白金触媒の分散液を得る。上記分散液を
マグネティックスターラーで撹拌しながら、高分子電解
質のアルコール溶液を白金量と高分子電解質量が１：２
となるまで滴下し、続いて超音波分散器を用いてペース
ト状にした。高分子電解質のアルコール溶液は米国アル
ドリッチケミカル社製の商品名“５％ Ｎａｆｉｏｎ溶
液”を用いた。このペーストを上記のＦＥＰ添加量が１
６重量％のガス拡散層の片面に塗着した後、乾燥してガ
ス拡散電極を得た。上記電極２枚で高分子電解質膜とし
ての米国デュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１２を挟持し、
ホットプレス機を用いて１２０〜１７０℃，５０ｋｇｆ
／ｃｍ2でホットプレスした。白金および高分子電解質
の添加量は、両極とも見かけ電極面積当たりそれぞれ
０．５ｍｇ／ｃｍ2および１．０ｍｇ／ｃｍ2である。こ
のＭＥＡを用いて構成したＰＥＦＣを電池ａ〜ｆとす
る。
素粉末と、ＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加することに
よって撥水処理した炭素微粉末とを８：２〜５：５の範
囲で混合した。この触媒層用混合粉末を、ｎ−酢酸ブチ
ルに白金とｎ−酢酸ブチルの重量比が１：１２０となる
ように混合し、白金触媒の分散液を得る。上記分散液を
マグネティックスターラーで撹拌しながら、高分子電解
質のアルコール溶液を白金量と高分子電解質量が１：２
となるまで滴下し、続いて超音波分散器を用いてペース
ト状にした。高分子電解質のアルコール溶液は米国アル
ドリッチケミカル社製の商品名“５％ Ｎａｆｉｏｎ溶
液”を用いた。このペーストを上記のＦＥＰ添加量が１
６重量％のガス拡散層の片面に塗着した後、乾燥してガ
ス拡散電極を得た。上記電極２枚で高分子電解質膜とし
ての米国デュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１２を挟持し、
ホットプレス機を用いて１２０〜１７０℃，５０ｋｇｆ
／ｃｍ2でホットプレスした。白金および高分子電解質
の添加量は、両極とも見かけ電極面積当たりそれぞれ
０．５ｍｇ／ｃｍ2および１．０ｍｇ／ｃｍ2である。こ
のＭＥＡを用いて構成したＰＥＦＣを電池ａ〜ｆとす
る。
【００４７】上記実施例１の含浸法により作製した電池
Ａ〜Ｆと、実施例２の滴下法により作製した電池ａ〜ｆ
の負極に水素ガスを、正極に空気を共に無加湿で供給
し、０．２Ａ／ｃｍ2の定電流放電を行った。
Ａ〜Ｆと、実施例２の滴下法により作製した電池ａ〜ｆ
の負極に水素ガスを、正極に空気を共に無加湿で供給
し、０．２Ａ／ｃｍ2の定電流放電を行った。
【００４８】図６にガス拡散層へのＦＥＰ添加率と電池
Ａ〜Ｆおよび電池ａ〜ｆの電流値０．２Ａ／ｃｍ2での
電圧の関係を示した。その結果、実施例２の含浸法によ
り作製した電池Ａ〜Ｆにおいて、ＦＥＰ添加率が１６〜
５５重量％で電圧が０．４Ｖ以上となり、特に４０〜５
０重量％で高い電圧を示した。また、ＦＥＰ添加率が８
重量％および６０重量％では電池電圧が１００ｍＶ以下
と著しく低くなった。一方、実施例３の滴下法により作
製した電池ａ〜ｆにおいて、ＦＥＰ添加率が１６〜５５
重量％で電圧が０．５Ｖ以上となり、特に４０〜５０重
量％で高い電圧を示した。またＦＥＰ添加率が８重量％
および６０重量％では電池電圧が１５０ｍＶと著しく低
くなった。含浸法、滴下法のどちらの作製方法で作製し
た電池においても、ＦＥＰ添加率に対し電池電圧は同様
の挙動を示したが、滴下法で作製した電池の方がそれぞ
れのＦＥＰ添加率で５０〜１００ｍＶ高い電圧を示して
いる。
Ａ〜Ｆおよび電池ａ〜ｆの電流値０．２Ａ／ｃｍ2での
電圧の関係を示した。その結果、実施例２の含浸法によ
り作製した電池Ａ〜Ｆにおいて、ＦＥＰ添加率が１６〜
５５重量％で電圧が０．４Ｖ以上となり、特に４０〜５
０重量％で高い電圧を示した。また、ＦＥＰ添加率が８
重量％および６０重量％では電池電圧が１００ｍＶ以下
と著しく低くなった。一方、実施例３の滴下法により作
製した電池ａ〜ｆにおいて、ＦＥＰ添加率が１６〜５５
重量％で電圧が０．５Ｖ以上となり、特に４０〜５０重
量％で高い電圧を示した。またＦＥＰ添加率が８重量％
および６０重量％では電池電圧が１５０ｍＶと著しく低
くなった。含浸法、滴下法のどちらの作製方法で作製し
た電池においても、ＦＥＰ添加率に対し電池電圧は同様
の挙動を示したが、滴下法で作製した電池の方がそれぞ
れのＦＥＰ添加率で５０〜１００ｍＶ高い電圧を示して
いる。
【００４９】図７にガス拡散層へのＦＥＰ添加率と電池
の内部抵抗の関係を示した。含浸法、滴下法のどちらの
作製方法で作製した電池においても、ＦＥＰ添加率が増
加すると電池の内部抵抗は減少した。特にＦＥＰ添加率
が８重量％から１６重量％に増加するとき、抵抗値の減
少が大きい。また含浸法で作製した電池の内部抵抗は、
ＦＥＰ添加率全域に渡って滴下法で作製した電池の内部
抵抗より高くなった。
の内部抵抗の関係を示した。含浸法、滴下法のどちらの
作製方法で作製した電池においても、ＦＥＰ添加率が増
加すると電池の内部抵抗は減少した。特にＦＥＰ添加率
が８重量％から１６重量％に増加するとき、抵抗値の減
少が大きい。また含浸法で作製した電池の内部抵抗は、
ＦＥＰ添加率全域に渡って滴下法で作製した電池の内部
抵抗より高くなった。
【００５０】以上、ＦＥＰ添加率が上がると圧力損失が
増加していることから、ガス拡散層のガス透過性が低
下、すなわちガスが拡散しにくくなると考えられる。こ
の圧力損失の増加は気孔率の低下、すなわちＦＥＰのガ
ス拡散層の細孔への充填によるものと考えられる。ま
た、ガス拡散層は直径１７〜９０μｍの細孔が主であ
り、ＦＥＰ添加率が上がると直径１７〜９０μｍの細孔
の比容積が減少していることから、ガスはこの直径の細
孔によって供給され、ＦＥＰはこの径の細孔に充填され
ると考えられる。
増加していることから、ガス拡散層のガス透過性が低
下、すなわちガスが拡散しにくくなると考えられる。こ
の圧力損失の増加は気孔率の低下、すなわちＦＥＰのガ
ス拡散層の細孔への充填によるものと考えられる。ま
た、ガス拡散層は直径１７〜９０μｍの細孔が主であ
り、ＦＥＰ添加率が上がると直径１７〜９０μｍの細孔
の比容積が減少していることから、ガスはこの直径の細
孔によって供給され、ＦＥＰはこの径の細孔に充填され
ると考えられる。
【００５１】このため、ＦＥＰ添加量が８重量％のガス
拡散層は、ＦＥＰ添加率が少なく撥水性が低いため、正
極の触媒層で生成、凝集した水がガス拡散層を通り抜け
ＭＥＡ外部に排出され易い。その結果、ＭＥＡが乾燥し
て高分子電解質の含水率が低下し、イオン伝導性が低下
して、ＰＥＦＣの内部抵抗が増加したと考えられる。こ
の内部抵抗の増加により電圧が低下したと考えられる。
拡散層は、ＦＥＰ添加率が少なく撥水性が低いため、正
極の触媒層で生成、凝集した水がガス拡散層を通り抜け
ＭＥＡ外部に排出され易い。その結果、ＭＥＡが乾燥し
て高分子電解質の含水率が低下し、イオン伝導性が低下
して、ＰＥＦＣの内部抵抗が増加したと考えられる。こ
の内部抵抗の増加により電圧が低下したと考えられる。
【００５２】一方、ＦＥＰ添加率が６０重量％のガス拡
散層では撥水性が高くかつ気孔率が低いため、ガス拡散
層が蓋のように作用し、液体となった水はガス拡散層を
通過しにくい。すなわち正極の触媒層で生成、凝集した
水はＭＥＡ外部に排出されにくい。その結果、正極触媒
層中の高分子電解質を介して高分子電解質膜および燃料
極触媒層中の高分子電解質に供給でき、ＭＥＡの保水性
は高いと考えられる。そのため高分子電解質の含水率が
高く、イオン伝導度が高くなるのでＦＥＰ添加率が高い
とＰＥＦＣの内部抵抗が低くなると考えられる。しか
し、ガス透過能が低すぎるため、反応ガスの拡散律速に
より電圧が低下したと考えられる。
散層では撥水性が高くかつ気孔率が低いため、ガス拡散
層が蓋のように作用し、液体となった水はガス拡散層を
通過しにくい。すなわち正極の触媒層で生成、凝集した
水はＭＥＡ外部に排出されにくい。その結果、正極触媒
層中の高分子電解質を介して高分子電解質膜および燃料
極触媒層中の高分子電解質に供給でき、ＭＥＡの保水性
は高いと考えられる。そのため高分子電解質の含水率が
高く、イオン伝導度が高くなるのでＦＥＰ添加率が高い
とＰＥＦＣの内部抵抗が低くなると考えられる。しか
し、ガス透過能が低すぎるため、反応ガスの拡散律速に
より電圧が低下したと考えられる。
【００５３】よって、ＦＥＰ添加率１６〜５５重量％の
ガス拡散層を用いた電池では、反応ガスの供給および生
成水による加湿が十分であるため、高い電圧を示したと
考えられる。
ガス拡散層を用いた電池では、反応ガスの供給および生
成水による加湿が十分であるため、高い電圧を示したと
考えられる。
【００５４】また、ガス拡散電極の作製方法による特性
の違いはその触媒層における高分子電解質の分散性によ
るものと考えられる。含浸法の電池に対して滴下法の電
池の方が高分子電解質が薄く、高分散に白金担持炭素粉
末に吸着するため、触媒層の高分子電解質のネットワー
クが発達している。無加湿ガスによるＰＥＦＣの作動に
おいては、このような触媒層の状態が触媒層に滞留して
いる生成水を効率よく高分子電解質膜に戻す働きをして
いると考えられる。
の違いはその触媒層における高分子電解質の分散性によ
るものと考えられる。含浸法の電池に対して滴下法の電
池の方が高分子電解質が薄く、高分散に白金担持炭素粉
末に吸着するため、触媒層の高分子電解質のネットワー
クが発達している。無加湿ガスによるＰＥＦＣの作動に
おいては、このような触媒層の状態が触媒層に滞留して
いる生成水を効率よく高分子電解質膜に戻す働きをして
いると考えられる。
【００５５】以上より、無加湿のガスによる作動におい
て高性能なＰＥＦＣを作製するには、拡散層の撥水性と
ガス透過能のバランスが重要であり、ガス拡散を阻害す
ることなくガス拡散層の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保
水性を高めるにはＦＥＰ添加量が１６〜５５重量％のと
き、あるいは撥水処理を施したガス拡散層の気孔率が４
５〜７５体積％のとき、あるいは撥水処理を施したガス
拡散層の直径が１７〜９０μｍの細孔の比容積が０．４
５〜１．２５ｃｃ／ｇのとき効果があったが、特にＦＥ
Ｐ添加量が４０〜５０重量％のとき、あるいは撥水処理
を施したガス拡散層の気孔率が５０〜７０体積％のと
き、あるいは撥水処理を施したガス拡散層の細孔径が１
７〜９０μｍの細孔比容積が０．５５〜０．８０ｃｃ／
ｇのときその効果が顕著であった。加えて滴下法により
ガス拡散電極を作製することにより、触媒層中の高分子
電解質が薄く高分散に吸着し、無加湿ガスによる作動に
おいてより高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
て高性能なＰＥＦＣを作製するには、拡散層の撥水性と
ガス透過能のバランスが重要であり、ガス拡散を阻害す
ることなくガス拡散層の撥水性を高め、ＭＥＡ内部の保
水性を高めるにはＦＥＰ添加量が１６〜５５重量％のと
き、あるいは撥水処理を施したガス拡散層の気孔率が４
５〜７５体積％のとき、あるいは撥水処理を施したガス
拡散層の直径が１７〜９０μｍの細孔の比容積が０．４
５〜１．２５ｃｃ／ｇのとき効果があったが、特にＦＥ
Ｐ添加量が４０〜５０重量％のとき、あるいは撥水処理
を施したガス拡散層の気孔率が５０〜７０体積％のと
き、あるいは撥水処理を施したガス拡散層の細孔径が１
７〜９０μｍの細孔比容積が０．５５〜０．８０ｃｃ／
ｇのときその効果が顕著であった。加えて滴下法により
ガス拡散電極を作製することにより、触媒層中の高分子
電解質が薄く高分散に吸着し、無加湿ガスによる作動に
おいてより高性能なＰＥＦＣを得ることができる。
【００５６】なお、本実施例ではフッ素樹脂としてＦＥ
Ｐを用いたが、他の撥水性を有するフッ素樹脂、例えば
ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テト
ラフルオロエチレン−エチレン共重合体などを用いても
同様の効果が得られる。
Ｐを用いたが、他の撥水性を有するフッ素樹脂、例えば
ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テト
ラフルオロエチレン−エチレン共重合体などを用いても
同様の効果が得られる。
【００５７】また、本実施例においては白金触媒、高分
子電解質、有機溶媒から成るペーストを調製し、撥水処
理を施したカーボンペーパーに塗布、乾燥しガス拡散電
極としたが、本発明は製造方法に関わらず、少なくとも
貴金属触媒、高分子電解質を含むガス拡散電極全般に適
用できるものである。
子電解質、有機溶媒から成るペーストを調製し、撥水処
理を施したカーボンペーパーに塗布、乾燥しガス拡散電
極としたが、本発明は製造方法に関わらず、少なくとも
貴金属触媒、高分子電解質を含むガス拡散電極全般に適
用できるものである。
【００５８】また、本実施例においては導電性多孔質材
料としてポリアクリロニトリルを材料とする炭素繊維か
らなる炭素紙を用いたが、例えばカーボンクロス、セル
ロース系の炭素紙など多孔質導電材全般に適用できるも
のである。
料としてポリアクリロニトリルを材料とする炭素繊維か
らなる炭素紙を用いたが、例えばカーボンクロス、セル
ロース系の炭素紙など多孔質導電材全般に適用できるも
のである。
【００５９】また、本実施例においては高分子電解質と
してパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂を用いた
が、パーフルオロカーボン酸樹脂、スチレン−ジビニル
ベンゼンスルフォン酸樹脂、スチレン−ブタジエンスル
フォン酸樹脂等のカチオン交換樹脂全般に適用できるも
のである。
してパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂を用いた
が、パーフルオロカーボン酸樹脂、スチレン−ジビニル
ベンゼンスルフォン酸樹脂、スチレン−ブタジエンスル
フォン酸樹脂等のカチオン交換樹脂全般に適用できるも
のである。
【００６０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガス拡散
を阻害することなく、ＭＥＡ内部の保水性を向上させ正
極で生成する水で高分子電解質を含水させることによ
り、無加湿作動に適したＰＥＦＣ用電極、およびＰＥＦ
Ｃを得ることができる。
を阻害することなく、ＭＥＡ内部の保水性を向上させ正
極で生成する水で高分子電解質を含水させることによ
り、無加湿作動に適したＰＥＦＣ用電極、およびＰＥＦ
Ｃを得ることができる。
【図１】固体高分子型燃料電池の概略図
【図２】（ａ）含浸法によるガス拡散層の作製法を示す
図 （ｂ）滴下法によるガス拡散層の作製法を示す図
図 （ｂ）滴下法によるガス拡散層の作製法を示す図
【図３】ＦＥＰ添加率とガス拡散層の圧力損失の関係を
示す図
示す図
【図４】ＦＥＰ添加率とガス拡散層の気孔率の関係を示
す図
す図
【図５】各ＦＥＰ添加率におけるガス拡散層の細孔分布
を示す図
を示す図
【図６】ガス拡散層へのＦＥＰ添加率と電池の０．２Ａ
／ｃｍ2での電圧の関係を示す図
／ｃｍ2での電圧の関係を示す図
【図７】ガス拡散層へのＦＥＰ添加率と電池の０．２Ａ
／ｃｍ2での抵抗の関係を示す図
／ｃｍ2での抵抗の関係を示す図
１ 高分子電解質膜 ２ ガス拡散層 ３ 触媒層 ４ 正極 ５ 負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福岡 裕子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 江田 信夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 高分子電解質膜の両側に触媒層とガス拡
散層とからなる正極および負極を配置し、前記正極には
無加湿の空気または酸素を、負極には無加湿の水素また
は水素を含む改質ガスを供給して作動する固体高分子型
燃料電池において、前記正極および負極のうち少なくと
も一方のガス拡散層は導電性多孔質材料にフッ素樹脂を
１６〜５５重量％添加したことを特徴とする固体高分子
型燃料電池。 - 【請求項２】 前記ガス拡散層の気孔率が４５〜７５％
である請求項１記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項３】 前記ガス拡散層は直径が１７〜９０μｍ
である細孔の比容積が０．４５〜１．２５ｃｍ2／ｇで
ある請求項１記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項４】 前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレ
ンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体である請求
項１記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項５】 前記導電性多孔質材料がポリアクリロニ
トリルを原料とする炭素繊維からなる炭素紙である請求
項１記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項６】 前記正極および負極のうち少なくとも一
方が、有機溶媒に貴金属触媒を担持した炭素粉末を分散
させて分散液を得る工程と、前記分散液と高分子電解質
のアルコール溶液とを混合し高分子電解質のコロイドを
生成させるとともに前記コロイドを前記炭素粉末に吸着
させた混合液を得る工程と、この混合液を上記ガス拡散
層の片面に塗布する工程とにより作製された電極である
請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
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